Состав электронного микроскопа
Состав электронного микроскопа
Основными компонентами являются:
Источник электронов: катод, испускающий свободные электроны, и кольцеобразный анод, ускоряющий электроны. Разность напряжений между катодом и анодом должна быть очень большой, обычно от тысяч вольт до 3 миллионов вольт.
Электрон: Используется для фокусировки электронов. Обычно используются магнитные линзы, а иногда и электростатические линзы. Функция электронной линзы такая же, как у оптической линзы в оптическом микроскопе. Фокус оптического объектива фиксирован, а фокус электронного объектива можно регулировать, поэтому в электронном микроскопе нет подвижной системы линз, как в оптическом микроскопе.
Вакуумное устройство: Вакуумное устройство, используемое для поддержания состояния вакуума внутри микроскопа, чтобы электроны не поглощались и не отклонялись на своем пути.
Штатив для образцов: Образец можно устойчиво разместить на штативе для образцов. Кроме того, часто существуют устройства, которые можно использовать для смены образца (такие как перемещение, вращение, нагрев, охлаждение, растяжение и т. д.).
Детектор: сигнал или вторичный сигнал, используемый для сбора электронов. Проекцию образца можно получить непосредственно с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ). В этом микроскопе электроны проходят через образец, поэтому образец должен быть очень тонким. Атомный вес атомов, составляющих образец, напряжение ускоряющих электронов и желаемое разрешение определяют толщину образца. Толщина образца может составлять от нескольких нанометров до нескольких микрон. Чем выше атомный вес и ниже напряжение, тем тоньше должен быть образец.
Изменяя систему линз объектива, можно напрямую увеличить изображение фокальной точки объектива. Отсюда можно получить изображения дифракции электронов. С помощью этого изображения можно проанализировать кристаллическую структуру образца.
В трансмиссионном электронном микроскопе с энергетическим фильтром (EFTEM) люди измеряют изменение скорости электронов, когда они проходят через образец. Исходя из этого, мы можем сделать вывод о химическом составе образца, например о распределении химических элементов в образце.
Курс развития электронного микроскопа
В 1931 г. М. Ноэль и Э. Руска из Германии модифицировали высоковольтный осциллограф с разрядным источником электронов с холодным катодом и тремя электронными линзами и получили изображения, увеличенные более чем в 10 раз. Они изобрели трансмиссионный электронный микроскоп, подтвердив возможность получения изображений с увеличением с помощью электронного микроскопа. В 1932 году, после усовершенствования Руска, разрешающая способность электронного микроскопа достигла 5 0 нанометров, что примерно в десять раз превышало разрешающую способность оптического микроскопа того времени, что преодолело предел разрешающей способности оптического микроскопа. Поэтому электронный микроскоп стал привлекать внимание. В 1940-х годах Хилл из США использовал астигматизатор для компенсации вращательной асимметрии электронной линзы, совершив новый прорыв в разрешении электронного микроскопа и постепенно достигнув современного уровня. В Китае в 1958 г. был успешно разработан просвечивающий электронный микроскоп с разрешением 3 нм. В 1979 г. был разработан большой электронный микроскоп с разрешением 0,3 нм.
Принцип построения электронного микроскопа
Электронный микроскоп состоит из тубуса объектива, вакуумной системы и силового шкафа. Тубус объектива в основном включает такие компоненты, как электронная пушка, электронная линза, держатель образца, флуоресцентный экран и фотографический механизм. Эти компоненты обычно собираются в колонну сверху вниз; Вакуумная система состоит из механического вакуумного насоса, диффузионного насоса, вакуумного клапана и т. д. и соединяется с оправой объектива воздухоотводной трубкой; Силовой шкаф состоит из высоковольтного генератора, стабилизатора тока возбуждения и различных блоков регулировки и управления.
Электронная линза является наиболее важным компонентом оправы объектива электронного микроскопа. Он использует пространственное электрическое или магнитное поле, симметричное оси оправы объектива, чтобы искривить траекторию электрона по направлению к оси, чтобы сформировать фокус. Его функция аналогична функции стеклянной выпуклой линзы для фокусировки светового луча, поэтому она называется электронной линзой. В большинстве современных электронных микроскопов используются электромагнитные линзы, которые фокусируют электроны с помощью сильного магнитного поля, создаваемого стабильным постоянным током возбуждения, протекающим через катушку с полюсными башмаками.
Электронная пушка представляет собой компонент, состоящий из горячего катода из вольфрамовой проволоки, электрода затвора и катода. Он может излучать и формировать электронный пучок с равномерной скоростью, поэтому требуется стабильность ускоряющего напряжения не менее 1/10000.
